试题3分离工程原理试题

1环5《环境工程原理》——分离过程原理试题班级：姓名：学号：一、（15分）沉降（1）采用旋流分离器和离心机对悬浊液中的固体成分进行分离，如果改变装置直径，其各自的离心分离因素将如何变化？（2）采用两台旋风分离器A和B处理大气中的粉尘，其总效率一样，但粒级效率不同，试问这两台旋风分离器的临界直径一样吗？为什么？二、（20分）某板框过滤机有10个滤框，滤框尺寸为500mm×500mm×20mm。过滤操作在20°C、恒压下进行，过滤常数为K=4.2×10-5m2/s，qe=0.02m3/m2，滤饼体积和滤液体积之比为0.04m3/m3，滤饼洗涤、拆装等时间为10min，假设滤饼不可压缩。求：（1）全框充满所需时间；（2）板框过滤机的生产能力；（3）如改用回转真空过滤机，所用滤布和过滤压差与板框过滤机的相同。转筒直径为1m，长度为1m，浸入角为120°。要维持与板框过滤机相同的生产能力，则转速应为多少？三、（25分）采用活性炭固定床吸附塔对某印染废水进行处理，假设印染废水中的污染物均可为活性炭所吸附，进水COD浓度为100g/m3。固定床吸附塔柱高2m，柱直径0.2m，活性炭填充密度为800kg/m3。废水流过吸附塔的速率为10m/h。假设吸附区高度为0.1m,瞬间形成，并以0.1m/h的速率缓慢下移。（1）计算穿透时间和穿透点出现时活性炭吸附塔内的平均COD吸附量为多少（g-COD/kg－活性炭）？（2）假设活性炭平衡吸附量q（g/kg）与印染废水COD浓度ρ（g/m3）的关系满足：q1/21.4ρ=，求穿透点出现时，活性炭吸附塔的饱和度为多少？（3）如果把进水COD浓度提高到200g/m3，活性炭与印染废水COD之间的吸附平衡关系不变，穿透点出现时，活性炭吸附塔的饱和度为85％，求穿透时间。四、（20分）采用清水吸收含SO2的气体，常压101.3kPa、温度为25°C。假设气体中SO2的摩尔分数为0.2。(1)请写出SO2的气-液平衡关系式（以摩尔分数表示）。(2)采用逆流操作时，假设液气比为50，气体出口处气体中SO2摩尔分数要求达到0.05，并请画出操作线和平衡线的关系示意图。计算气体出口和进口处的推动力。(3)假设液气比仍为50，处理含H2S的气体，问气体出口处的H2S摩尔分数是否也能降低到0.05？为什么？五、（20分）采用萃取的方法处理含酚废水。已知待处理的含酚废水为5L，酚浓度为100mg/L，密度为1000kg/m3,要求萃取后废水中的酚浓度达到10mg/L以下。假设酚的分配系数为10，并不随溶液组成而变化（1）采用单级萃取时，问需要加多少kg的萃取剂？（2）如果将（1）计算的萃取剂分成两等份，进行二级错流萃取，问废水中的酚浓度可以降低到多少mg/L？并请画出操作线和平衡线的关系示意图。、解：一、解：（1）旋流分离器分离因数2icmuKrg=，增加直径分离因数变小，减少直径分离因素变大，保持不变。离心分离器分离因数iu2mcrKgω=，增加直径分离因数变大，减少直径分离因素变小，ω保持不变。（2）总效率与粒级效率之间的关系为0miixηη=Σ，总效率相同，而粒级效率不同，说明各种2粒径的颗粒被分离的比例也是不同的，所以临界直径不同。二、解：（1）以一个框为基准进行计算。框全充满时滤饼体积：30.50.50.020.005mV=××=饼；相应的滤液量＝30.0050.125m0.04=320.1250.25m/0.50.52VqmA===××根据恒压过滤方程，得过滤时间为22520.2520.250.02172628.8min4.210eqqqtsK−++××====×（2）板框压滤机的生产能力：4310100.1255.3710m/172610602326vVqs−×===×+×（3）设转筒真空过滤机的转速为n，则回转真空过滤机的生产能力为'45.3710m/vqnV−==×转筒真空过滤机面积；23.14113.14mA=××=30.023.140.0628meeVqA==×=浸没度001201/3360ψ==根据恒压过滤方程，有：222eVVVKAnψ+=或者22enVVnVVKAψ+=，即：4455.371025.37100.06284.2103.141/3V−−−×+×××=×××V=0.131m3则转速435.37104.110/0.246/min0.131nrs−−×==×=三、解：（1）穿透时间出现时，吸附区下移到吸附塔底部。吸附区移动所需时间20.1190.1th−==，即为穿透时间，此时活性炭柱内吸附COD总量20.21001019596.64gπ=××××=。活性炭填充密度为800kg/m3，则柱内的活性炭总量为20.2800250.244kgπ=×××=。活性炭平均吸附量为596.611.875/50.24ggkgkg==（2）在穿透点出现时，吸附区高度上活性炭已饱和，下部部分饱和，活性炭全部饱和时的饱和吸附量1/21.414/qgkgρ==，饱和度为11.875100%84.8%14=×=。（3）进水COD浓度提高到200g/m3此时活性炭全部饱和时的饱和吸附量为1/21.419.80/qgkgρ==16.83/gkg=，由饱和度85％求得实际的吸附量为19.80/85%qgkg=×50.24845.496kgkgg=×=，此时吸附柱内吸附的COD总量为16.83/g20.220010845.4964tgπ××××=，62.8845.53913.46tth×==四、解：（1）由附录16查得SO2在25℃的亨利系数为，求m＝E/P=40.41310kPa×40.4131040.77101.3kPakPa×=，则40.77yx=（2）采用逆流操作时1120ngnlqXqYY−=−（按照摩尔分数算也算正确，结果略有不同）10.003947X=，10.003932x=，10.1603mx=进口处推动力为*10.0397yyyΔ=−=出口处推动力为*10.05yyyΔ=−=操作线和平衡关系线（3）H2S得情况，则544.92m=408.6950544.92yx=，满足出口处20.05y=最下液气比min121g2五、解答：（1）单级萃取料液中B的量为351000/0.55BLkgmg=×−≈0.5/50000.0001mFXgg==；0.05/50000.00001mRX==3根据物料衡算mFmEmRBXSYBX×=×+×又因为10mEmRmRYkXX==所以需要的萃取剂为()4.510mFmRmRBXXSX−==kg（2）二级错流萃取每级萃取剂量为2.25kg。一级萃取后废水中的酚浓度为Xm11111110mFmmFmmBXSYBXSXXBB−−==5111.8181010mFmBXXBS−==×+二级萃取后废水中酚浓度61223.3051010mmBXXBS−==×+，3.305mg/L操作线和平衡线关系图